[发明专利]驱动腔飞秒源

说明书

提供了光脉冲源。在一个示例中，所述脉冲源包括光纤环形谐振器，所述光纤环形谐振器具有：至少一个正常色散光纤段，其特征在于每单位长度的正群速度色散(GVD)；以及至少一个反常色散光纤段，其特征在于每单位长度的负GVD。在另一个示例中，所述脉冲源包括光纤环形谐振器，所述光纤环形谐振器具有：一个或多个光纤段，所述一个或多个光纤段具有正净群速度色散(GVD)；以及腔内频谱滤波器，所述腔内频谱滤波器光耦合到所述一个或多个光纤段。所述脉冲源被配置为在所述光纤环形谐振器中产生一个或多个光孤子。

技术领域

本公开涉及脉冲光源，更具体地涉及超短脉冲光源。

相关申请的交叉引用

本PCT申请要求2019年4月25日提交的标题为“DRIVEN-CAV ITY FEMTOSECONDSOURCES(驱动腔飞秒源)”的美国临时申请号62/838,361的权益和优先权，该临时申请的全部内容以引用的方式并入本文以用于所有目的。

背景技术

超短脉冲激光器是已经实现强大的新技术的多学科工具，在计量学、材料加工、电信、化学和能源研究方面的示例突出。也许最大的影响是在生物医学应用方面。例如，多光子显微术(在一系列其他短脉冲增强的成像技术中)已经在神经科学、免疫学、胚胎学和癌症研究方面取得了显著成果。在眼科学方面，针对白内障的新型角膜手术和光线疗法改变了人们对视力矫正的看法。

飞秒源也实现精确且高效的光穿孔，以用于DNA转染和将其他材料注射到细胞中以进行靶向生物传感。总体而言，短脉冲源实现了以前无法实现的跨若干学科的精确和控制程度。

飞秒光源使用非线性孤子形成原理将噪声原子激光转变为光能的相干短脉冲。然而，当前的飞秒光源对宽带激光介质的需要极大地限制了可用波长和性能、增加了成本并使新技术不可行。当前基于锁模激光器的源从根本上受到波长、重复率和脉冲模式的限制。

用于通常使用的应用的飞秒脉冲要求以原子跃迁(在晶体、玻璃、液体、气体等中)为特征的激光增益材料，该激光增益材料可支持与这种短脉冲相关联的大带宽。此外，可能期望一系列其他参数是理想的，诸如量子效率、横截面、纯度、热导率、光暗化、可靠性、掺杂浓度和原子寿命。最后，可能还希望系统的价格合理。就作者的知识所及，只有几个已知的系统接近这些最低要求。最常见的示例是掺钛蓝宝石(Ti：sapphire)激光器，它是以约0.8μm的波长操作的自由空间对准系统。最近，掺稀土光纤激光器得到越来越广泛的使用，因为它们的最小设计使它们理想地稳健，并且它们便宜的二极管泵浦要求加上光纤的低成本使它们的标价很低。成熟的系统包括1.5μm的掺铒激光器和1.0μm的效率稍高的掺镱激光器。然而，虽然对激光波长的这种窄选择揭示了飞秒技术的前景，但大多数应用仍迫切需要新源。特别地，每个应用要求特定的波长以实现最佳操作。

这些新波长中的一些可用各种非线性频率转换方法产生。然而，这些系统的复杂性使得它们极其昂贵(＞$300,000)并且难以维持一致的操作状态。虽然足以用于新技术的实验室演示，但更广泛的使用受到限制。事实上，对于更深远的应用来说，Ti：蓝宝石激光器本身仍然太过昂贵。

最后，除了需要新波长，还需要新重复率、脉冲模式和脉冲能量。脉冲模式在大多数应用中(诸如在加工和成像中)起到重要作用。在传统激光器中，这些参数也受到增益材料严格限制。理想地，每个应用应与具有定制的能量、脉冲模式、脉冲持续时间和操作波长的低成本飞秒源相匹配，这将需要一种全新类型的源。

发明内容

本专利描述了光脉冲源的若干示例。